风载荷对单株谷子茎秆变形的影响

[目的]风载荷是影响谷子倒伏的重要因素之一,该研究旨在通过分析风载荷对不同品种谷子茎秆的力学特性关系,研究风速、谷子品种对茎秆变形量、倒伏角度的影响。[方法]于2023年开展室内风载试验,研究了‘张杂谷16号’‘长杂谷466号’和‘晋谷21号’单株茎秆在不同风速下的变形规律。[结果]风速、品种对谷子茎秆水平变形量的影响均显著,且风速的影响大于品种;同一品种谷子茎秆的水平变形量随着风速的增加而增加,随谷子茎秆高度的增加而增加,最大变形量出现在茎秆顶端;同一风速作用下,不同品种谷子茎秆的变形量不同,晋谷21号变形量最大,最大值在风速为6 m·s^(-1)时达到26.45 cm,张杂谷16号变形量最小,最小值在风速为2 m·s^(-1)时达到1.64 cm。风荷载作用下茎秆的力学模型简化为一端固定一端约束,一端自由的等截面弹性杆在轴向压力、侧向均布载荷及杆自由端弯矩作用下的纵横弯曲模型,茎秆水平变形量可用二次多项式拟合。根据倒伏角度与风速之间的关系,预测不同品种的茎秆抗倒伏风速,张杂谷16号发生倒伏的临界风速为8.51 m·s^(-1),长杂谷466号发生倒伏的临界风速为9.34 m·s^(-1),晋谷21号发生倒伏的临界风速为6.96 m·s^(-1)。[结论]谷子茎秆在风载荷作用下变形受风速与品种影响,不同品种谷子倒伏的临界风速不同。该研究为不同品种谷子的抗风载荷性能提供理论依据。

谷子茎秆切割力学特性试验与分析

为减小谷子茎秆切割力、降低切割功耗,设计了茎秆往复式切割试验台,对谷子茎秆进行不同收获时间、茎秆部位、切割器组合形式、切割倾角、刀片斜角、平均切割速度和茎秆喂入速度的单因素切割试验,并在单因素试验基础上对平均切割速度、切割倾角和刀片斜角3个因素进行响应面试验。单因素试验结果表明:收获期茎秆极限切应力、单位面积切割功耗随含水率的增大而减小;基部起茎秆极限切应力、单位面积切割功耗总体上随茎秆高度的增加而减小,茎秆茎节极限切应力、单位面积切割功耗较茎秆节间大;茎秆双支撑切割形式较单支撑切割形式极限切应力、单位面积切割功耗小;切割倾角0°～20°时,茎秆极限切应力、单位面积切割功耗随切割倾角的增大先减小后增大;刀片斜角0°～48°时,茎秆极限切应力随刀片斜角的增大而减小,而单位面积切割功耗先减小后增大;平均切割速度0. 5～1. 5 m/s时,茎秆极限切应力、单位面积切割功耗随平均切割速度的增大呈先减小后平稳变化的趋势;茎秆喂入速度对切割力学特性无显著影响。响应面试验结果表明:试验因素对茎秆极限切应力、单位面积切割功耗影响的主次顺序为平均切割速度、刀片斜角、切割倾角,且最优切割参数为:平均切割速度1. 19 m/s、切割倾角7. 2°、刀片斜角36. 4°,最优参数下茎秆极限切应力和单位面积切割功耗分别为2. 88 MPa、22. 38 m J/mm^2,验证试验值与预测值相对误差不超过3. 5%。刀片斜角对比试验表明:刀片斜角36. 4°较30°(标准Ⅱ型动刀)切割谷子茎秆时,茎秆极限切应力、单位面积切割功耗分别减小了6. 6%、3. 9%。